Для автоматичного управління режимом роботи різних побутових електроприладів або радіоапаратури в домашніх умовах, а також на виробництві іноді буває необхідно мати час-задаючий автомат. Наприклад, такий пристрій може за заданою програмою управляти поливом рослин на дачній ділянці протягом усього тижня, поки ви працюєте в місті.

Циклічний таймер легко виконати на основі цифрових годин з кварцовою стабілізацією частоти. Використовувати для виготовлення керуючого автомата вже готові цифровий годинник промислового виготовлення незручно, тому що у них вихідні сигнали розраховані на керування індикаторами в динамічному режимі, що ускладнює підключення вузла керування.

Найбільш часто в опублікованих конструкціях для виготовлення електронних годинників використовують спеціально розроблену для цих цілей ще в 70-х роках 176-ю серії МОП мікросхем. У даний час вони є застарілими і мають суттєві недоліки:

– Невисоку надійність;

– Номінальное'рабочее напруга +9 … 12 В (при меншому можуть нестійка працювати);

– Вузький діапазон робочих температур (-Ю … +70 ° С).

Пропоноване пристрій виконаний в основному на мікросхемах 561-ї КМОП серії і позбавлене всіх цих недоліків. Хоча при цьому схема містить більше мікросхем і виходить складніше, але вона працює при меншому напрузі, а також дозволяє домогтися більш високої точності ходу годинника. Електрична схема забезпечує індикацію поточного часу (години та хвилини) і дня тижня. Мається індикація секундних імпульсів, а також передбачена можливість контролю роботи програми (добового циклу) в прискореному режимі.

Основним джерелом живлення пристрою є мережу 220 В. У черговому режимі схема годин споживає мікроструми, що забезпечує її тривалу роботу від резервних елементів живлення (акумулятора) у разі відключення основного джерела. Враховуючи, що в годинах найбільше споживають енергії світлодіодні індикатори і мікросхеми, ними керують, ці елементи підключені так, що в

 

 

випадку зникнення напруги вони обесточиваются, а від акумулятора живлення подається тільки на КМОП мікросхеми. Застосування у годинах світлодіодних індикаторів дозволяє зробити дивись час навіть при слабкому освітленні.

Наведений варіант пристрою дозволяє управляти по двох каналах мережевий навантаженням потужністю до 10 кВт (струм 5 А). Число каналів легко збільшується до 10 шляхом підключення додаткових мікросхем пам'яті. Крім того, схема при монтажі легко піддається зміні своїх характеристик в залежності від тих завдань, які необхідно виконати, наприклад, всі канали або один з них може працювати в тижневому циклі (для вихідних днів записувати свою програму управління, якщо два входи старших розрядів А11 і А12 мікросхеми пам'яті підключити до виходів лічильника днів тижня – DD9).

Дискретність установки необхідного тимчасового інтервалу становить 2 хв (або 10 хв при використанні тижневого циклу). Структурна схема автомата показана на рис. 1.47. Пристрій для зручності подання умовно розділене на наступні вузли:

А1 – кварцовий автогенератор з дільником частоти до хвилинних імпульсів, рис. 1.48;

А2 – подільники частоти для отримання відліку часу в хвилинах і годинах, рис. 1.49;

A3 – вузол індикації поточного часу та дня тижня, рис. 1.50;

А4 – вузол установки тимчасових інтервалів для управління роботою зовнішніх пристроїв, рис. 1.51;

А5 – електрична схема джерела живлення, рис. 1.52.

 

 

Формувач хвилинних імпульсів (А1) виконаний на мікросхемах DD1.1, DD2. Частота стабілізована кварцовим резонатором ZQ1 на 32768 Гц. Для того щоб забезпечити стійку роботу лічильника DD2 при зниженій напрузі живлення, що задає автогенератор виконаний на зовнішньому елементі DD1.1. Лічильники всередині мікросхеми DD2 ділять частоту до формування хвилинних імпульсів.

З виходу DD2/10 хвилинні імпульси надходять на лічильники з коефіцієнтом ділення 60 (хвилини) DD3 і 24 (години) DD5, DD6 (рис. 1.49). Логічні елементи DD4 і DD7 забезпечують необхідні коефіцієнти розподілу у лічильників за рахунок їх обнулення в потрібний момент по входах R. Натискання кнопки "установка" (SB1) також формує імпульс обнулення всіх лічильників, ас виходу елемента DD1/11 передній фронт імпульсу встановлює в лічильники DD5, DD6 початкове число 22-00 (при появі імпульсу на висновках DD5 / 1, DD6 / 1 проводиться запис двійкового коду, встановленого на входах D1 … D4 мікросхем). Час для початкової установки при виготовленні пристрою можна вибрати (перемичками в двійковому коді) будь-яким з тих чисел, що вам найбільш зручні.

 

 

Застосування лише однієї кнопки для установки часу дозволяє спростити схему. Ця ж кнопка при черговому натисканні перемикає день тижня, так як імпульси надходять через елемент DD1.4 на вхід лічильника днів DD9/14, рис. 1.50. Конденсатор СЗ усуває брязкіт контактів кнопки при формуванні імпульсу на перемикання лічильника дня тижня.

Перемикач SA1 дозволяє перевірити роботу годин і встановленої програми управління у прискореному режимі (положення "прискорення"), коли використовується підвищена частота з виходу DD2 / 6.

Схема вузла індикації складається з дешифраторів двійкового коду (DD10. .. DD13) в семисегментний код, необхідний для управління роботою цифрових індикаторів, виконаних на основі світлодіодів. На рис. 1.51 показано відповідність вхідних сигналів сегментами індикатора. Резисторні матриці D1 … D4 обмежують струм через світлодіоди індикаторів, а діоди VD1, VD2 і елементи мікросхеми DD13.1-DD13.2 забезпечують формування сигналу гасіння старшого розряду в годинах, коли на обох входах DD10 нульовий рівень (при лог. "0" на DD10 / 4 індикатор світитися не буде). З цієї причини сегмент F в індикаторі HG1 можна не підключати.

Світлодіод HL1 мигає з частотою 1 Гц, а з світлодіодів HL2 … HL8 буде світитися тільки один, відповідний дню тижня (елементи мікросхеми DD14 дозволяють забезпечити необхідний для світіння світлодіодів струм). З метою зниження споживаного струму від джерела живлення на інші входи гасіння індикаторів DD11/4…DD13/4 подаються імпульси, але через інерцію зору це не помітно. Вузол установки тимчасових інтервалів, рис. 1.52, зібраний на мікросхемах оперативних запам'ятовуючих пристроїв (ОЗП) із серії 537. Вони виготовлені за КМОП технології, що забезпечує тривалу роботу схеми від автономного джерела живлення (зберігають вміст пам'яті, поки є живлення). Кількість мікросхем пам'яті може бути збільшено до необхідного числа каналів управління. Так як обидва канали управління навантаженням виконані аналогічно, розглянемо функціонування на прикладі одного. Схема передбачає індивідуальну запис інформації в кожну з мікросхем пам'яті.

Роботу даної мікросхеми пам'яті пояснює табл. 1.4.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

де х – будь-яке значення логічного сигналу, тобто лог. "О" або лог. "1".

На входи адрес А0 … А11 надходить двійковий код з виходів лічильників годин і хвилин, а якщо треба, то й днів тижня. Для запису потрібної програми в каналі 1 (DD15) необхідно виконати дії в такій послідовності:

1) перемикач SA1 встановлюється в положення "прискорення" циклу – в цьому випадку сигнал на вхід лічильника DD3 / 2 подається з DD2 / 6 та години проходять добовий цикл приблизно за 12 хв;

2) включити перемикач "ЗАП", для каналу 1 це буде SA4 – в цьому випадку мікросхема ОЗУ працює в режимі запису стану на вході СІ (лог. "О");

3) потрібно дочекатися моменту індикації на годиннику необхідного часу включення навантаження і у цей момент включити SA2 ("ПР 1я) – на інтервал, протягом якого навантаження повинне працювати (відбувається запис лог. "1");

4) після закінчення запису всього циклу перемикач SA4 повернути у вихідне положення (режим читання) і по Години перевірити спрацьовування реле К1 на потрібних інтервалах часу;

5) повернути всі перемикачі в початкове положення (як це показано на схемі) і кнопкою SB1 встановити день тижня і місцевий час.

Тепер на виході DO мікросхеми (DD15 / 7) буде присутній рівень лог. "1" тільки протягом потрібних інтервалів часу. Про гот сигнал відкриває транзистор VT1 і спрацьовує реле К1, включаючи своїми контактами Kt.1 навантаження на гніздах XS1. Схема передбачає також ручне управління включенням навантаження в будь-який момент часу за допомогою трьохпозиційних перемикачів SA6 і SA7, рис. 1.52. Світлодіоди HL9, НВО є індикаторами нключенія навантаження у відповідному каналі.

 

 

Для живлення пристрою від мережі виконаний джерело живлення за схемою, показаної на рис. 1.53. Трансформатор Т1 підійде уніфікований, типу ТПП255-127/220-50 або ТПП255-220-50, але його можна виготовити і самостійно, скориставшись методикою розрахунку, наведеною в літературі, наприклад J120, стор 167. Струм споживання по ланцюгу 4,8 В становить 0,35 … 0,55 А, по ланцюгу 30 В – Залежить від числа реле і для двох зазвичай не перевищує 120 мА.

Для отримання високої точності ходу годинника використаний стабілізатор напруги (DA1). Він може бути також зібраний за схемою, наведеною в розділі джерел живлення на рис. 4.3. Конденсатори С8 і С9 розташовуються поблизу від логічних мікросхем, а С7 встановлений поряд з висновками стабілізатора (краще, якщо оксидні конденсатори використовувати танталові).

В якості резервного джерела живлення (G1) підійдуть 4 акумулятори типу Д-0, 115 або Д-0.26Д. Діод VD13 запобігає розряд елементів через схему стабілізатора при відключенні мережевого харчування. А в нормальному режимі через нього відбувається підзаряд акумуляторів. Вмикач SA8 служить для виключення повного розряду акумулятора при відключенні годин на тривалий час.

 

 

Харчування на висновки мікросхем подається відповідно до табл. 1.5.

Друкована плата для збирання годин не розроблялася. Монтаж виконується на універсальній макетної платі (краще, якщо вона буде передбачати установку будь-яких мікросхем – з пленарним і звичайним розташуванням висновків). Конструктивно вузли А1 і А2 зручно розташовувати на одній платі, соединяемой з блоком індикації A3 через 32 контактний роз'єм (наприклад, типу РП15-32). Акумулятори закріплюються так, щоб до них був легкий доступ, тому що раз на рік з поверхні елементів необхідно видаляти виступаючий наліт.

Зменшити габарити плати та всього пристрою можна, якщо замість серії 561 застосовувати аналогічні мікросхеми з планар-ним розташуванням висновків із серії 564, але вони коштують значно дорожче. Для складання пристрою резистори підійдуть будь-якого типу. Резіс-торні збірки D1 ??… D4 можна замінити звичайними резисторами опором 100 … 120 Ом і потужністю 0,125 … 0,25 Вт Конденсатори С1, С2 повинні мати малий ТКЕ (М47, М75); СЗ типу К10-17; оксидні С4 … С8 – К53-1. Кварцовий резонатор ZQ1 підійде будь-якого типу – вони широко поширені, так як спеціально випускаються для застосування в годиннику.

Діоди VD1, VD2 підійдуть будь-які імпульсні; випрямні діоди VD3 … VD12 можуть бути будь-якого типу на струм не менше 1 А, але краще застосовувати КД257 або КД258 (остання буква в позначенні для даної схеми може бути будь-яка), так як у них є дуже корисні властивість: у разі виникнення несправності в схемі діоди при перевантаженні лопаються і розривають ланцюг, виконуючи роль запобіжника, що робить таке джерело живлення безпечним навіть в аварійній ситуації. Світлодіоди HL1 … HL10 краще застосовувати із серії КІПДОбА (Б, В – з різним кольором світіння) – вони при струмі близько 1 мА світяться досить яскраво. Цифрові індикатори HG1 … HG4 можуть бути використані АЛС321Б або АЛС324Б, але вони мають менше висоту цифр (8 мм) на відміну від зображених на схемі (18 мм). Мікросхема DA1 повинна встановлюватися на радіаторі. Мікросхеми пам'яті DD15, DD16 замінюються на 537РУ6. Реле К1, К2 використані польського виробництва, але підійдуть багато інших на робочу напругу обмотки 24 … 27 В і допускають проходження струму через контакти 5 А. Мікроперемикачі SA1 … SA5 типу ПД9-2 або ПД9-1; SA6, SA7 – типу ПД21-3.

При початковій перевірці роботи схеми її краще живити від лабораторного джерела, контролюючи струм. Настроювання пристрою при правильному монтажі полягає в установці на виході джерела живлення напруги 4,8 В і перевірці роботи записаних в пам'ять програм. Для отримання високої точності ходу годинника буде потрібно також точне підстроювання за допомогою конденсатора С1 частоти автогенератора по частотоміри. Частоту можна контролювати на виході DD2/13 – вона повинна відповідати 32768,0 Гц. Точно підлаштувати автогенератор можна і без частотоміра, контролюючи за місяць відхилення ходу годинника по секундній стрілці в телевізорі, але це займе досить багато часу.

Установку будь-якого часу можна виконати і не використовуючи кнопку SB1. Для цього буде потрібно перемикач SA1 встановити в положення "прискорення" і дочекавшись, коли на індикаторі буде потрібне числове значення, повернути перемикач в звичайне положення. Але такий метод встановлення часу менш точний, тому що в цьому випадку лічильники секундних імпульсів можуть мати довільне значення числа.

Література:
І.П. Шелестов – Радіоаматорам корисні схеми, книга 3.